KR101293482B1 - 수소 동위 원소 침투 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 구조적 형태를 개선하여, 내압성, 내구성 및 수명을 증대시키고, 또한 측정 시간을 감소시킬 수 있도록 하는, 수소 동위 원소 침투 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치는, 침투용 구조물 및 상기 침투용 구조물에 연결된 유로를 포함하여 이루어져, 상기 유로를 통해 상기 침투용 구조물을 진공화시켜 상기 침투용 구조물 내부로 수소 동위 원소를 침투시키는 장치로서, 상기 침투용 구조물은 판형으로 형성되며, 다공성 구조로 이루어지는 다공성 판; 상기 다공성 판의 외측을 둘러싸도록 형성되는 금속 멤브레인; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치는, 침투용 구조물 및 상기 침투용 구조물에 연결된 유로를 포함하여 이루어져, 상기 유로를 통해 상기 침투용 구조물을 진공화시켜 상기 침투용 구조물 내부로 수소 동위 원소를 침투시키는 장치로서, 상기 침투용 구조물은 판형으로 형성되며, 다공성 구조로 이루어지는 다공성 판; 상기 다공성 판의 외측을 둘러싸도록 형성되는 금속 멤브레인; 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수소 동위 원소 침투 장치에 관한 것이다.
원자력 발전을 개략적으로 설명하자면, 원자로에서 우라늄의 핵분열 반응을 통해 열에너지 형태의 에너지원이 생산되며, 이를 이용하여 고온 고압의 증기를 생성시켜 이 증기를 이용하여 터빈을 돌림으로써 전기 에너지를 생산하게 된다. 원자력 발전 시스템은 또한, 원자로 등의 각 장치들이 지나치게 고온 고압이 될 경우 위험성이 있으므로, 이를 냉각하기 위한 냉각수 순환 시스템 등이 더 구비되는 형태로 이루어진다.
이러한 원자력 발전소에서는, 대기 중에 수소가 누적되거나 냉각수 상실 사고로 인하여 금속 구조재가 고온의 열기를 받아 물과 반응하여 산화되면서 수소가 발생하는 등과 같이, 수소 농도가 높아지는 환경이 형성되기 쉽다. 그런데, 이처럼 수소 농도가 높아지게 되면 이 수소가 대기 중에 함유된 산소와 결합하여 폭발이 일어날 수 있기 때문에, 일반적으로 원자력 발전소에는 수소를 산화시켜 소진시키기 위한 산화 장치와, 수소 농도를 감시하기 위한 수소 감시 장치 등이 격납 용기에 설치되어 운영된다. 이러한 수소 감시 장치용 시스템의 예시가 한국특허공개 제2011-0131496호("수소감시 장치", 2011.12.07) 등에 개시되어 있다.
현재 국내 원전의 수소 감시 장치에서는 대부분 반도체식 센서 또는 열전도식 센서 등을 사용하고 있다. 반도체식 센서는 기체와 고체간의 흡착 및 탈착으로 인한 전기 전도도의 변화를 이용하는 것이며, 열전도식 센서는 대상 기체의 열전도도 변화를 이용하는 것이다. 일본특허공개 제2000-275209호("수소 센서", 2000.10.06), 일본특허공개 제2005-274559호("수소 센서 및 그 제조 방법", 2005.10.06) 등에 이러한 종래의 센서 형태의 예시를 찾아볼 수 있다.
수소 센서의 다른 형태로서, 용융된 액체 금속 중에 녹아 있는 수소 동위 원소의 농도를 측정하기 위한 수소 센서가 있다. "Performance of a hydrogen sensor in Pb-16Li"(Ciampichetti, A. et al., 2007), "Section II. Hydrogen isotope monitoring in lithium"(Down, M. G. et al., 1980) 등에 이러한 용융된 액체 금속 중에 침투되어 수소 동위 원소 농도를 측정하는 수소 센서의 원리 및 예시가 개시되어 있다.
이러한 액체 금속에서의 수소 동위 원소 농도를 측정하는 수소 센서는 핵융합 발전로의 액체형 삼중수소증식블랑켓 연구 및 개발을 위한 연구에서 액체증식재(Li 또는 PbLi 액체금속) 내 삼중수소 농도를 측정하기 위하여 사용되어 왔으며, 이에 대한 성능 개량이 요구되는 실정이다.
이와 같이 액체 금속에 녹아있는 수소 동위 원소를 측정하기 위해서, 수소 동위 원소가 금속 멤브레인을 침투하여 투과하는 성질을 이용한 침투 센서가 실험실 규모로 개발되어 이용되고 있다. 종래의 수소 동위 원소 농도 측정 침투 센서는, 순철(pure iron)과 같이 수소가 잘 침투하는 금속 멤브레인으로 실린더 형상 등의 구조물을 만들고, 이를 통해 실린더 내로 침투되는 수소 동위 원소의 부분 압력을 측정하여 액체 금속 내의 수소 동위 원소의 농도를 측정하였다.
도 1은 종래의 수소 동위 원소 농도 측정 침투 센서를 도시한 것으로, "TRIEX hydrogen sensors quialification"(Aiello, A. et al., 2007)에 이러한 침투 센서의 구조 및 원리가 개시되어 있다. 종래의 침투 센서는, 금속 멤브레인으로 된 실린더 형상(도 1(A)) 또는 환형 실린더 형상(도 1(B))의 침투용 구조물을 액체 금속 내에 배치시키는 형태로 되어 있다. 이러한 침투용 구조물의 내부는 비어 있도록 형성되며, 도 1(C)에 도시된 바와 같이 침투용 구조물에 진공 펌프를 연결하여 침투용 구조물 내부를 진공화하게 되면, (액체 금속 중에 녹아 있는 수소 동위 원소만이 금속 멤브레인을 침투하여 통과할 수 있기 때문에) 침투용 구조물 내부에는 수소 동위 원소만이 채워지게 된다. 이와 같이 침투용 구조물 내부에 채워진 수소 동위 원소의 부분 압력을 측정함으로써, 액체 금속 중에 녹아 있는 수소 동위 원소의 농도를 측정할 수 있다.
이러한 침투 센서는 액체금속 내 압력을 견디기 위하여 침투용 구조물이 구형을 가지는 것이 가장 바람직하겠으나, 제작 상의 난해함 등을 고려하였을 때 실린더 형태인 것이 가장 유리하다고 여겨져, 현재까지 이러한 침투 센서의 침투용 구조물은 실린더 형태로 이루어져 왔다. 그러나 침투용 구조물은 수소가 보다 잘 침투할 수 있도록 최대한 넓은 표면적을 가지도록 형성되는 것이 유리함은 당연하다.
이 때, 앞서 설명한 바와 같이 상기 침투용 구조물은 액체 금속 내에 배치되기 때문에, 침투용 구조물은 액체 금속의 압력을 견딜 수 있는 내압성을 가져야 한다. 상기 침투용 구조물을 형성하는 금속 멤브레인의 두께가 너무 얇을 경우 충분한 내압성을 가지지 못하여 손상, 파손 등이 발생할 수 있기 때문에, 종래에는 침투용 구조물을 형성하는 금속 멤브레인의 두께를 어느 한계 이하로 줄일 수 없는 제한이 있었다. 그런데 다른 한편으로는, 금속 멤브레인의 두께가 두꺼워질수록 수소 동위 원소의 침투에 저항이 생기게 되므로, 결과적으로 측정 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
1. Ciampichetti, A. et al., "Performance of a hydrogen sensor in Pb-16Li", 2007 Journal of nuclear materials 367-370(SPEC. ISS), P. 1090-1095
2. Down, M. G. et al., "Section II. Hydrogen isotope monitoring in lithium", Advanced reactors div lithium studies metallurgical and chemical evaluations of a test facility after 2000 hours operation hydrogen isotope monitoring in lithium and lithium aerosol formation in relation to fusion reactors, Aug. 1980, P. 24
3. Aiello, A. et al., "TRIEX hydrogen sensors quialification", ENEA, 2007
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조적 형태를 개선하여, 내압성, 내구성 및 수명을 증대시키고, 또한 측정 시간을 획기적으로 감소시킬 수 있도록 하는, 수소 동위 원소 침투 장치를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 수소 동위 원소의 침투가 안정적이고 용이하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 단지 농도 측정의 용도 뿐만 아니라 정화, 추출 등에도 활용이 가능하도록 하는, 수소 동위 원소 침투 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치는, 침투용 구조물 및 상기 침투용 구조물에 연결된 유로를 포함하여 이루어져, 상기 유로를 통해 상기 침투용 구조물을 진공화시켜 상기 침투용 구조물 내부로 수소 동위 원소를 침투시키는 장치로서, 상기 침투용 구조물은 판형으로 형성되며, 다공성 구조로 이루어지는 다공성 판; 상기 다공성 판의 외측을 둘러싸도록 형성되는 금속 멤브레인; 을 포함하여 이루어진다.
이 때, 상기 다공성 판은 다공성 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 또는, 상기 다공성 판은 금속 메쉬(mesh), 금속 폼(form), 금속 칩의 압축재 형태 중 선택되는 적어도 어느 하나의 형태로 형성되는 금속 재질의 다공성 구조물인 것이 바람직하다.
또한, 상기 침투용 구조물은 상기 다공성 판의 외면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면 및 상기 금속 멤브레인의 내면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면이 밀착되게 배치될 수 있다. 또는, 상기 침투용 구조물은 상기 다공성 판의 외면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면 및 상기 금속 멤브레인의 내면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면이 미리 결정된 거리만큼 이격되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 침투용 구조물은 평판 형상, 미리 결정된 곡률로 휘어진 형태의 판 형상, 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 형상 중 선택되는 적어도 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유로는 상기 침투용 구조물의 두께 방향 측면 또는 판면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 위치에 구비될 수 있다.
또한, 상기 금속 멤브레인은 수소 동위 원소 침투가 원활하게 이루어지도록, 투과성(permeability)이 10-10 mol/mPa1/2s 이상인 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 구체적인 예를 들면, 상기 금속 멤브레인은 철(iron), 니오븀(niobium), 팔라듐(palladium), 탄탈륨(tantalum), 바나듐(vanadium) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 또는 금속 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 침투 센서에 비하여 구조적으로 내압성이 증대되어 내구성 및 수명 또한 크게 증대할 수 있는 효과가 있다. 이처럼 본 발명은 구조적 내압성 증대 효과에 따라 침투용 구조물을 형성하는 금속 멤브레인의 두께를 종래보다 훨씬 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명의 침투 센서는 종래의 실린더 형태를 완전히 탈피하여 판 형태로 형성되도록 함으로써, 단위 부피당 침투 면적을 극대화할 수 있는 효과 또한 있다.
본 발명에 의하면, 이러한 효과들에 의하며 수소 동위 원소가 보다 원활하게 침투용 구조물 내로 침투할 수 있게 되어, 결과적으로 수소 동위 원소 농도 측정에 걸리는 시간을 종래에 비해 획기적으로 줄일 수 있는 큰 효과가 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 종래의 침투 센서보다 훨씬 효과적이면서도 안정적인 수소 동위 원소의 침투가 가능하도록 해 주기 때문에, 센서로서의 용도로서만이 아니라 정화, 추출 등과 같은 보다 다양한 용도로 사용 범위를 훨씬 확장할 수 있는 큰 효과가 있다.
이처럼 본 발명에 의하면 측정 시간을 크게 저감함으로써, 수소 동위 원소 측정 침투 센서를 실험실 수준에서가 아닌 실제 현장에서 사용할 수 있게 되어, 침투 센서의 활용성을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 더불어 본 발명의 침투 센서는 종래의 침투 센서에 비하여 그 구조가 단순하고 설계 자유도가 높아, 제작 상의 용이성 또한 높일 수 있는 장점 또한 있다.
도 1은 종래의 수소 동위 원소 농도 측정 침투 센서.
도 2는 본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치.
도 3은 본 발명의 침투 장치 형상의 여러 실시예.
도 4는 본 발명의 침투 장치의 유로 위치의 여러 실시예.
도 5는 다양한 금속의 투과성.
도 2는 본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치.
도 3은 본 발명의 침투 장치 형상의 여러 실시예.
도 4는 본 발명의 침투 장치의 유로 위치의 여러 실시예.
도 5는 다양한 금속의 투과성.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 수소 동위 원소 침투 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 수소 동위 원소 침투 장치를 도시하고 있다. 본 발명의 침투 장치(100)도 기본적인 구조는 종래의 침투 센서와 유사하게, 침투용 구조물(110) 및 침투용 구조물(110)에 연결된 유로(120)를 포함하여 이루어져, 유로(120)를 통해 침투용 구조물(110)을 진공화시켜 침투용 구조물(110) 내부로 수소 동위 원소를 침투시키도록 이루어진다. 이 때 본 발명의 침투 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 침투용 구조물(110)의 구조를 개선 변경함으로써 종래의 침투 센서보다 효과적인 측정을 하도록 이루어진다. 종래의 침투 센서의 경우 이와 같이 침투된 수소 동위 원소의 부분 압력을 측정하여 액체 금속 내 수소 동위 원소의 농도를 측정할 뿐이나, 본 발명의 침투 장치(100)는 (이후 보다 상세히 설명하겠으나) 침투용 구조물(110)의 구조가 개선 변경됨에 따라 종래의 침투 센서에 비해 훨씬 안정적으로 원활한 침투가 가능하게 하여 주기 때문에, 단지 농도 측정 용도 뿐만 아니라 정화, 추출 등에도 사용할 수 있다.
본 발명의 침투 장치(100)에서 침투용 구조물(110)은 도 2(A)에 도시된 바와 같이 판형으로 형성된다. 이 때 침투용 구조물(110)은 도 2(B)에 도시된 바와 같이, 다공성 구조로 이루어지는 다공성 판(111) 및 다공성 판(111)의 외측을 둘러싸도록 형성되는 금속 멤브레인(112)을 포함하여 이루어진다.
종래에는 침투용 구조물이 다공성 판(111) 부분이 없이 단지 금속 멤브레인만으로 되되, 그 형상 또한 실린더 형상으로 이루어졌다(도 1 참조). 그러나 본 발명에서는 침투용 구조물(110)을 판형으로 형성하되, 금속 멤브레인(112) 내부에 다공성 판(111)이 배치되도록 함으로써, 외부 압력이 강하게 작용한다 해도 다공성 판(111)에 의하여 금속 멤브레인(112)이 지지되도록 하여, 내압성을 비약적으로 증대시켜 준다.
한편, 금속 멤브레인(112) 내부에 다공성 판(111)이 구비되어 있다 해도 수소 동위 원소의 침투에 아무런 영향을 주지 않는다. 보다 상세히 설명하자면, 수소 동위 원소가 금속 멤브레인(112)을 침투 통과하기만 한다면, 금속 멤브레인(112)으로 이루어진 구조물 내에 다공성 판(111)이 있다 해도 (수소 동위 원소는 원자들 중 가장 작은 크기를 가지므로) 다공성 판(111)의 존재에 아무 영향을 받지 않으며, 즉 마치 다공성 판(111)이 없는 것과 동일한 상황으로 볼 수 있는 것이다. 즉 다공성 판(111)이 구비됨으로써 수소의 침투에 불리한 점은 전혀 없는 바, 본 발명에 의하면 아무 악영향 없이 금속 멤브레인(112)의 내압성을 증대해 주는 효과를 획득할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명에 의하면 침투용 구조물(110)의 내압성이 증대되기 때문에, 종래에는 금속 멤브레인의 두께를 어느 수준 이하로 줄이는 것이 불가능하였던 것에 반해 본 발명에서는 종래보다 금속 멤브레인(112)의 두께를 좀더 줄일 수 있게 된다. 구체적으로는, 도 1에 도시된 바와 같은 실린더 형상으로 된 침투용 구조물의 경우 금속 멤브레인의 두께가 0.5mm 정도가 되어야 액체 금속의 압력을 견딜 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 본 발명에 의하면, 금속 멤브레인(112)의 두께를 0.3mm 또는 그 이하로 낮추어도 (금속 멤브레인(112)으로 만들어진 외형 내부에서 다공성 판(111)이 지지해 주고 있기 때문에) 침투용 구조물(110)이 손상되거나 파손되지 않는다. 바람직하게는, 금속 멤브레인(112)은 그 두께가 0.01mm 내지 1.0mm 범위 내의 값으로 형성될 수 있다. 여기에서 금속 멤브레인(112)의 두께는 0.01mm 내지 1.0mm 정도로 기재한 것은 하나의 예시로서, 실제로는 (다공성 판(111)에 의하여 지지되기 때문에) 금속 멤브레인(112)의 두께는 얇으면 얇을수록 좋고, 특별한 제한은 없다.
이처럼 다공성 판(111)에 의하여 지지됨으로써 내압성이 증가함에 의하여, 침투용 구조물(110)은 종래와 같이 실린더 형상으로 제한되는 것이 아니라 여러 형상으로 만들어질 수 있다. 특히 침투용 구조물(110)이 도 2의 예시에서와 같이 판형으로 이루어짐으로써 단위 부피당 침투 면적을 더욱 극대화할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 금속 멤브레인(112)의 두께를 종래보다 줄일 수 있고, 또한 판형으로 형성됨으로써 단위 부피당 침투 면적을 극대화할 수 있기 때문에, 종래에 비하여 수소의 침투가 훨씬 효과적으로 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 침투용 구조물(110)을 사용하면, 종래보다 수소 동위 원소의 농도 측정 시간을 비약적으로 저감할 수 있어, 측정 효율이 획기적으로 개선되는 큰 효과를 얻을 수 있다. 물론 상술한 바와 같이 침투용 구조물(110)의 내압성 증대로 인하여, 보다 고압 환경에서도 자유롭게 침투 장치(100)를 사용할 수 있는 이점도 있다. 이처럼 측정 효율이 개선됨에 따라, 종래에는 실험실 수준에서밖에 이루어질 수 없었던 침투 센서를 실제 현장에 적용할 수 있는 유리함 또한 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 침투 장치(100)는 상술한 바와 같이 종래보다 훨씬 효과적이면서도 안정적인 수소 동위 원소의 침투가 가능하기 때문에, 센서로서의 용도로서만이 아니라 보다 다양한 용도로 사용 범위를 훨씬 확장할 수 있다. 즉 본 발명의 침투 장치(100)는, 액체 금속 뿐만 아니라 다양한 매체에 있어서, 해당 매체에 혼합되어 있는 수소 동위 원소만을 흡수할 수 있기 때문에, 해당 매체를 정화하는 장치로서 사용될 수도 있고, 또한 해당 매체로부터 수소 동위 원소를 추출하는 장치로서 사용될 수도 있다. 즉 센서로서 사용될 경우 농도 측정 용도를 가지는 것에 더불어, 정화나 추출 등의 용도로도 활용이 가능하다는 큰 장점을 가지는 것이다.
이하 각 부의 보다 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
다공성 판(111)은 앞서 설명한 바와 같이 다공성 구조로 이루어진다. 이러한 다공성 구조는, 다공성 판(111) 그 자체의 재질이 스폰지 등과 같은 다공성 재질로 이루어지도록 하여 구현할 수도 있다. 또는 다공성 구조는, 다공성 판(111)이 금속 메쉬(mesh), 금속 폼(form), 금속 칩의 압축재 형태 등과 같은 금속 재질의 다공성 구조물로 형성되게 하여 구현할 수도 있다. 상술한 바와 같은 금속 메쉬, 금속 폼, 금속 칩의 압축재 형태 등은 일반적으로 금속 필터로서 다양한 분야에 널리 사용되고 있는 것으로서, 즉 상용화되어 있는 금속 필터를 활용하여 다공성 판(111)을 제작할 수 있으므로 본 발명은 제작 용이성 또한 높다.
앞서 설명한 바와 같이 다공성 판(111)은 금속 멤브레인(112)을 지지해 주는 역할을 하기 때문에, 보다 강성이 높은 금속 재질의 다공성 구조물로 이루어지는 것이 보다 바람직하다.
한편 침투용 구조물(110)을 형성함에 있어서, 다공성 판(111)이 금속 멤브레인(112)을 지지해 주어야 하므로, 압력의 영향이 큰 넓은 면 즉 판면의 경우 다공성 판(111)의 외면이 금속 멤브레인(112)의 내면과 밀착되게 배치되는 것이 바람직하다. 그러나 상대적으로, 압력의 영향이 적은 좁은 면 즉 두께 방향 측면의 경우에는 반드시 그럴 필요가 없다. 따라서 이러한 면에서는 다공성 판(111)의 외면이 금속 멤브레인(112)의 내면과 이격되게 배치되도록 하여도 무방하다.
예를 들어 다공성 판(111)이 스폰지나 금속 칩의 압축재 등과 같은 형태로 이루어질 경우, 크기나 모양의 변형이 상당히 자유롭다. 따라서 금속 멤브레인(112)에 스폰지나 금속 칩의 압축재를 적절한 양만큼 밀어넣는 방식으로 제작할 수 있다. 이 때 상술한 바와 같이 반드시 다공성 판(111)의 모든 외면이 금속 멤브레인(112)의 모든 내면과 밀착해야만 하는 것은 아니므로, 제작 공차 등을 결정함에 있어 보다 자유도가 높아지며, 결과적으로 제작 용이성을 높일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명의 침투 장치 형상의 여러 실시예를 도시하고 있다.
앞서 설명한 바와 같이 침투용 구조물(110)은 기본적으로 판형으로 형성되며, 가장 기본적인 형태로는 도 2나 도 3(A)에 도시된 바와 같은 평판 형상이 될 수 있다. 그런데, 이처럼 침투용 구조물(110)이 평판 형상을 이룰 경우 종래의 센서 배치 수단과의 규격이 맞지 않을 수 있다. 또는, 침투용 구조물(110)이 평판 형상으로 될 때 이를 배치하기 위한 수단은 슬롯 형태로 이루어지게 되는데, 이러한 얇은 슬롯 형태를 제작하는데 어려움이 있을 수 있다. 이러한 여러 상황들에 있어서, 침투용 구조물(110)은 판형으로 되되 이 판이 여러 형태로 휘어지거나 절곡된 형태로 이루어지게 함으로써 이러한 문제들을 모두 해결할 수 있다.
도 3(B)는 침투용 구조물(110)이 미리 결정된 곡률로 휘어진 형태의 판 형상으로 이루어지는 경우를 도시하고 있다. 이러한 형상으로 될 경우 종래의 실린더 형상으로 된 침투 센서의 센서 배치 수단과의 잘 호환되게 만들 수 있다. 또한 도 3(C)는 침투용 구조물(110)이 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 형상으로 이루어지는 경우를 도시하고 있다. 이처럼 침투용 구조물(110)이 적절하게 휘어지거나 절곡된 판 형상으로 됨으로써, 센서 배치 수단과의 호환성 또는 센서 배치 수단의 설계 용이성을 더욱 높일 수 있다.
이와 더불어, 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 침투 장치(100)는 비단 센서 용도로만 사용되는 것이 아니라 정화, 추출 등과 같은 다양한 용도로의 사용이 가능하다. 그러므로 (센서 배치 수단의 형상에 맞는 형상에 국한하지 않고) 정화나 추출 용도 등으로 사용될 경우 그 용도에 최적화된 다양한 형상으로 변형하는 것이 바람직하다. 이 때 이처럼 침투용 구조물(110)이 평판 형상, 휘어진 판 형상 등으로 다양한 형상으로 형성될 수 있으므로, 사용되는 용도에 가장 최적화된 형상으로의 변형 설계가 매우 용이하고 자유롭게 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 침투 장치의 유로 위치의 여러 실시예를 도시하고 있다.
상술한 바와 같이 유로(120)는 침투용 구조물(110)의 일측에 연결 구비되어, 금속 멤브레인(110) 내부로부터 기체를 배출하는 역할을 한다. 이 때 유로(120)가 도 2, 3 또는 도 4(A) 등에 도시되어 있는 바와 같이 침투용 구조물(110)의 두께 방향 측면에 구비되도록 할 수도 있으나, 이 면은 상당히 좁은 면적을 가지고 있으므로 제작 상의 난해함이 있을 수도 있고, 또한 손상, 파손 등이 쉽게 일어날 수 있다. 이에 따라 유로(120)는, 도 4(B)에 도시되어 있는 바와 같이 침투용 구조물(110)의 판면 상에 구비되도록 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 침투 장치(100)가 농도 측정, 정화, 추출 등의 다양한 용도로 사용될 수 있는 바, 정화나 추출의 용도로 사용될 경우 가능한 한 배출 유로가 많아지도록 구성하는 것이 유리할 수 있는 등의 고려 사항이 있을 수 있다. 이 때 상술한 바와 같이, 유로(120)가 침투용 구조물(110)의 판면 상에 구비될 경우, 보다 원활하고 효율적인 기체 배출을 위해 유로(120)가 다수 개 구비될 수도 있는 등의 다양한 변경 실시가 가능하게 된다.
도 5는 다양한 금속의 투과성을 나타낸 그래프이다. 금속 멤브레인(112)은 수소 동위 원소의 침투가 원활하게 이루어질 수 있는 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 것이 유리한데, 정량적으로는 투과성(permeability)이 10-10 mol/mPa1/2s 이상인 금속 또는 금속 합금인 것이 좋다. 이 때 투과성이 높으면 높을수록 좋으므로 투과성의 상한값을 결정하는 것은 큰 의미가 없으나, 도 5의 그래프의 최대값인 10-6 mol/mPa1/2s 정도이면 충분하다. 도 5의 그래프를 참조할 때, 구체적으로는 상기 금속 멤브레인은, 철(iron), 니오븀(niobium), 팔라듐(palladium), 탄탈륨(tantalum), 바나듐(vanadium) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 침투 센서 110: 침투용 구조물
111: 다공성 판 112: 금속 멤브레인
120: 유로
111: 다공성 판 112: 금속 멤브레인
120: 유로
Claims (9)
- 침투용 구조물 및 상기 침투용 구조물에 연결된 유로를 포함하여 이루어져, 상기 유로를 통해 상기 침투용 구조물을 진공화시켜 상기 침투용 구조물 내부로 수소 동위 원소를 침투시키는 장치로서,
상기 침투용 구조물은 판형으로 형성되며,
다공성 구조로 이루어지는 다공성 판;
상기 다공성 판의 외측을 둘러싸도록 형성되는 금속 멤브레인;
을 포함하여 이루어지며,
상기 유로는 상기 침투용 구조물의 두께 방향 측면 또는 판면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 위치에 구비되는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 다공성 판은
다공성 재질로 이루어지는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 다공성 판은
금속 메쉬(mesh), 금속 폼(form), 금속 칩의 압축재 형태 중 선택되는 적어도 어느 하나의 형태로 형성되는 금속 재질의 다공성 구조물인 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 침투용 구조물은
상기 다공성 판의 외면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면 및 상기 금속 멤브레인의 내면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면이 밀착되게 배치되는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 침투용 구조물은
상기 다공성 판의 외면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면 및 상기 금속 멤브레인의 내면 중 선택되는 적어도 어느 하나의 면이 미리 결정된 거리만큼 이격되게 배치되는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 침투용 구조물은
평판 형상, 미리 결정된 곡률로 휘어진 형태의 판 형상, 적어도 하나 이상의 절곡부를 가지는 판 형상 중 선택되는 적어도 어느 하나의 형상으로 형성되는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 금속 멤브레인은
수소 동위 원소 침투가 원활하게 이루어지도록, 투과성(permeability)이 10-10 mol/mPa1/2s 이상인 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 수소 동위 원소 침투 장치.
- 제 8항에 있어서, 상기 금속 멤브레인은
철(iron), 니오븀(niobium), 팔라듐(palladium), 탄탈륨(tantalum), 바나듐(vanadium) 중 선택되는 적어도 어느 하나의 금속 또는 금속 합금으로 이루어지는 수소 동위 원소 침투 장치.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000275209A (ja) | 1999-03-26 | 2000-10-06 | Yamari Sangyo Kk | 水素センサ |
| JP2005274559A (ja) | 2004-02-27 | 2005-10-06 | Mikuni Corp | 水素センサー及びその製造方法 |
| KR20110131496A (ko) * | 2010-05-31 | 2011-12-07 | 한국원자력기술 주식회사 | 수소감시장치 |
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- 2012-03-19 KR KR1020120027732A patent/KR101293482B1/ko active IP Right Grant
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